岩块的力学属性： 1．弹性（elasticity）：在一定的应力范围内，物体受外力产生的全部变形当去除外力后能够立即恢复其原有的形状和大小的性质。 2．塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢复原状的性质。不能恢复的变形叫塑性变形或永久变形、残余变形。 3．粘性（viscosity）：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。应变速率随应力变化的变形叫流动变形。 4．脆性（brittle）：物质受力后，变形很小时就发生破裂的性质。 5．延性（ductile）：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。 第一节岩块的变形性质 一、单轴压缩条件下的岩块变形性质 1．连续加载下的变形性质 （1）加载方式： 单调加载（等加载速率加载和等应变速率加载） 循环加载（逐级循环加载和反复循环加载） （2）四个阶段： ①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙压密阶段； ②Ⅱ：AC段，弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AB段和BC段） 弹性极限→屈服极限 ③Ⅲ：CD段，非稳定破裂发展阶段（累进破裂阶段）→“扩容”现象发生 “扩容”：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂（裂纹）继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程。 —峰值强度或单轴抗压强度 ④Ⅳ：D点以后阶段，破坏后阶段（残余强度） 以上说明： 岩块在外荷作用下变形→破坏的全过程，具有明显的阶段性，总体上可分为两个阶段： 1）峰值前阶段（前区） 2）峰值后阶段（后区） （3）峰值前岩块的变形特征（Miller，1965） ①应力—应变曲线类型 米勒（Miller，1965）6类（σ—εL曲线），如图4.3所示： Ⅰ：近似直线型（坚硬、极坚硬岩石）：如玄武岩、石英岩等； Ⅱ：下凹型（较坚硬、少裂隙岩石）：如石灰岩、砂砾岩； Ⅲ：上凹型（坚硬有裂隙发育）：如花岗岩、砂岩； Ⅳ：陡“S”型（坚硬变质岩）：如大理岩、片麻岩； Ⅴ：缓“S”型（压缩性较高的岩石）：如片岩； Ⅵ：下凹型（极软岩）。 法默（Farmer，1968），根据峰前σ—ε曲线把岩石划分三类，如图4.4所示： 准弹性岩石：细粒致密块状岩石，如无气孔构造的喷出岩、浅成岩浆岩和变质岩等。 具弹脆性性质。 半弹性岩石：空隙率低且具有较大内聚力的粗粒岩浆岩和细粒致密的沉积岩。 非弹性岩石：内聚力低，空隙率大的软弱岩石，如泥岩、页岩、千枚岩等。
实验名称：岩石单轴压缩实验 一实验目的： 1.了解RFPA软件，熟悉软件界面，了解软件用途。 2.掌握软件RFPA的原理及使用方法。 3.了解岩石在外界压力的作用下的破碎情况。 4.掌握RFPA软件模拟岩石单轴压缩的过程。 二实验步骤： 1、熟悉RFPA软件界面，了解软件个部分的作用。见图1-1： 图1-1 2、运用软件进行相关试验 (1)试验模型 试样模型尺寸100mm×50mm ，网个划分为100×100个基元。采用平面应力问题，整个加载过程通过位移加载方式。力学性质参数如下表： 表2-1
（2）网格划分和参数赋值 网格的划分以及其他参数的赋值见下图2-1，2-2： 图2－1 岩石试件及参数设定值 图2－2 岩石试件参数设定 (3)边界条件和控制条件的选定 点击主面板上的控制键Boundary conditions，进行设置边界条件，其具体数据如
图2－3： 图2－3 加载力的数值设置 打开主面板上的Built，选择Control Information进行完成这个实验的步骤设置，具体数据如图2－4： 图2－4 加载步数设定 (4)计算过程以及结果分析 压缩破裂过程见图2-5：
图2-5压缩破裂过程
结果曲线分析，N-S曲线见图2-6 图2-6N-S曲线 从数值试验得到的载荷-位移全过程曲线再现了如下基本的岩石力学性质 ○1.线性变形阶段。在加载的初期，载荷-位移曲线几乎是线性的。 ○2.非线性变形阶段。当载荷达到试件最大承载能力的50%左右时，试件的变形开始偏离线性，部分基元破坏。 ○3.软化阶段。当达到最大载荷之后，使试件进一步变形的载荷越来越小，进入弱化阶段，直至试件产生宏观破坏。 三实验结论及体会 试验数值表明，试件在破坏过程中,开始出现许多小裂纹，再进一步加载的条件下，试件中突发性地出现了由一系列小张裂纹汇集成的一个剪切带。载荷的宏观破裂带是由宏观剪切应力带中的大量细观拉伸微破裂汇聚形成的。同时，试件的宏观破坏并非发生在试件达到峰值应力的瞬间，而是在试件所受的载荷达到峰值应力以后的某个应力降之后。这个结果表明，岩石介质在达到最大承载能力之后，仍具有一定的承载能力。
1、岩体稳定性分析和地下水渗流分析通常把岩体视为由岩块（结构体）与结构面组成的地质体。 2、岩体工程中的软弱夹层问题： 如黄河小浪底水库工程左坝肩的泥化夹层； 葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层； 黑河水库左坝肩单薄山梁的断层引发的渗漏问题； 长江三峡自然坡中的软弱夹层等。 这些软弱结构面在不同程度上影响和控制着工程岩体的稳定性。因此，结构面变形与强度性质的研究，在工程实践中具十分重要的实际意义： 1）大量工程实践表明：在工程荷载（小于10Mpa）范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。因此，结构面的强度性质的研究是评价岩体稳定性的关键。 2）在工程荷载作用，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组成部分，控制着工程岩体的变形特性。3）结构面是岩体中渗透水流的主要通道。 4）工程荷载作用下，岩体中的应力分布受结构面及其力学性质的影响。 第一节结构面的变形性质（特性） 结构面的变形包括法向变形和剪切变形两个方面。 一、结构面的法向变形 1．法向变形特征（Normal deformation） 设不含结构面岩块的变形为ΔVr，含结构面岩块的变形为ΔVt，那么结构面的法向闭合变形 ΔVj为： ΔVj=ΔVt－ΔVr 由结构面法向应力σn与变形的关系曲线可得如下特征： 1）σn↑，ΔVj↑↑，曲线呈上凹型； σn→σ0，σn－ΔVt变陡，与σn－ΔVr大致变形； 2）初始压缩阶段，ΔVt主要由结构面闭合造成的； 3）试验研究表明，当开始，含结构面岩块的变形由以结构面的闭合→岩块的弹性变形； 4）σn－ΔVj曲线的渐近线大致为： ΔVj=Vm 5）结构面的最大闭合量小于结构面的张开度（e）。 含结构面的岩块和不含结构面的岩块在法向上加荷、卸荷后的应力—变形曲线，见教材P76-77（Bandis 等，1983）。 2．法向变形本构方程（法向应力与变形之间的关系） 这方面的研究目前仍处于探索阶段，已提出的本构方程都在试验的基础上总结出来的经验方程，如Goodman，Bandis及孙广忠等人。 1）古德曼（Goodman，1974）双曲线函数拟合结构面法向应力σn与闭合变形ΔVj（mm）间的本构关系： 或式中：σi为结构面所受的初始应力。 2）班迪斯等（Bandis等，1983） 当σn→∞时，ΔVj→ 由初始法向强度的定义得：
实验5 测定岩石的单轴抗压强度 一、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力: （MPa） 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试样测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。 二、仪器设备 1、制样设备：钻岩机、切石机及磨片机； 2、测量平台、卡尺、放大镜等； 3、烘箱、干燥箱； 4、水槽、煮沸设备或真空抽气设备； 5、压力机。 三、操作步骤 1、试样制备 试样规格：一般采用直径5cm、高10cm的园柱体，以及断面边长为5厘米，高为10厘米的方柱体，每组试样必须制备3块。 试样制备精度要求同实验四： 2、试样描述 试验前应对试样进行描述，内容同实验四。 3、试样烘干或饱和处理 根据试验要求需对试样进行烘干或饱和处理。 烘干试样：在105~110℃温度下烘干24h。
自由浸水法饱和试样：将试样放入水槽，先注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样，试样在水中自由吸水48h。 煮沸法饱和试样：煮沸容器内的水面始终高于试样，煮沸时间不少于6h。 真空抽气法饱和试样：饱和容器内的水面始终高于试样，真空压力表读数宜为100kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间不应少于4h。 4、测量试样尺寸 按试验二量积法中的要求，量测试样断面的边长，求取其断面面积（A）。 5、安装试样、加荷 将试样置于试验机承压板中心，调整有球形座，使之均匀受载，然后以每秒0.5~1.0MPa的加载速度加荷，直至试样破坏，记下破坏荷载（P）。 6、描述试样破坏后的形态，并记录有关情况。 7、按下式计算岩石的单轴抗压强度 式中：σC――岩石的单轴抗压强度（MPa）； P――破坏荷载（N）； A――垂直于加荷方向试样断面积（mm2）。 计算值取3位有效数字。 四、试验报告内容 1、整理记录表(格式如下表) 月日 2、试样描述资料。 3、思考题：
实验五岩石单轴压缩实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显
缝隙。 3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图5-1 试样平行度检测示意图 1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴
概念 岩石：是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而成的自然体。 岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。 岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。 岩石块体密度：单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。 颗粒密度：岩石固相物质的质量与其体积的比值（不包括岩石孔隙体积）。 孔隙率：孔隙体积与总体积（包含孔隙）之比。 渗透系数：表征岩石透水性的重要标志，在数值上等于水力梯度为1时的渗流速度。 软化系数：岩石浸水后的饱和抗压强度与岩石干抗压强度之比。 膨胀性：岩石侵水后发生体积膨胀的性质。 岩石吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力。 扩容：岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长（岩石破坏的前兆）。 弹性模量：单向压缩条件下，弹性变形范围为轴向应力与试件轴向应变之比。 变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与总应变（弹性应变与塑性应变之和）的比值。泊松比：横向应变与纵向应变之比，也叫横向变形系数。 脆性度：对脆性程度的一种度量，脆性度愈小，材料抗断裂的抗力愈高；反之愈大。 尺寸效应：岩石试件尺寸越大，则强度越低，反之越高，这一现象。 常规三轴试验：试件处于σ1 >σ2=σ3应力状态下。 真三轴试验：试件处于σ1 >σ2 >σ3应力状态下。 岩石三轴压缩强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：介质在外力不变的条件下，应力与应变随时间而变化的性质。 蠕变：介质在大小和方向均不改变的外力作用下，其变形随时间变化而增大的现象。 松弛：介质的变形（应变）保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象。 弹性后效：介质加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。它是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复，外力卸除后最终不留下永久变形。 岩石长期强度：岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，作用时间t趋向于正无穷的强度（最低值）。 强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，通过它来判断岩石在什么样的应力应变条件下破坏。 岩石抗拉强度测定方法：直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点载荷法。 简答论述 1、岩石结构与岩石构造有什么区别？并举例加以说明。 岩石结构：是指岩石中矿物颗粒间的关系，包括颗粒大小、形状、排列、结构连结特点以及岩石中的微结构面。岩石构造：岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填方式。如岩浆岩中的流线、流面、块状构造，沉积岩中的层理、叶片状构造，变质岩中的片理、片麻理和板状构造等。 2、岩石颗粒间的连接方式有哪几种？ 结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连
第三章岩体的变形与破坏 变形：不发生宏观连续性的变化，只发生形、体变化。 破坏：既发生形、体变化、也发生宏观连续性的变化。 1．岩体变形破坏的一般过程和特点 （1）岩体变形破坏的基本过程及发展阶段 ①压密阶段（OA段）： 非线性压缩变形—变形对应力的变化反应明显； 裂隙闭合、充填物压密。 应力-应变曲线呈减速型（下凹型）。 ②弹性变形阶段（AB段）： 经压缩变形后，岩体由不连续介质转变为连续介质； 应力-应变呈线性关系； 弹性极限B点。 ③稳定破裂发展阶段（BC段）： 超过弹性极限（屈服点）后，进入塑性变形阶段。 a．出现微破裂，随应力增长而发展，应力保持不变、破裂则停止发展； b.应变：侧向应变加速发展，轴向应变有所增高，体积压缩速率减缓（由于微破裂的出现）；
④不稳定破裂发展阶段（CD段）： 微破裂发展出现质的变化： a.破裂过程中的应力集中效应显著，即使是荷载应力保持不变，破裂仍会不断地累进性发展； b. 最薄弱部位首先破坏，应力重分布导致次薄弱部位破坏，直至整体破坏。“累进性破坏”。 c. 应变：体积应变转为膨胀，轴向及侧向应变速率加速增大； ※结构不均匀；起始点为“长期强度”； ⑤强度丧失、完全破坏阶段（DE段）： 破裂面发展为宏观贯通性破坏面，强度迅速降低， 岩体被分割成相互分离的块体—完全破坏。 （2）岩体破坏的基本形式 ①张性破坏（图示）； ②剪切破坏（图示）：剪断，剪切。 ③塑性破坏（图示）。 破坏形式取决于：荷载条件、岩体的岩性及结构特征； 二者的相互关系。 ①破坏形式与受力状态的关系： a.与围压σ3有关： 低围压或负围压—拉张破坏（图示）； 中等围压—剪切破坏（图示）； 高围压（150MN/m2=1500kg/cm2）—塑性破坏。 的关系： b.与σ 2 σ2/σ 3 <4（包括σ 2 =σ3），岩体剪断破坏，破坏角约θ=25°； σ2/σ 3 >8（包括σ 2 =σ1）：拉断破坏，破坏面∥σ1，破坏角0°; 4≤σ2/σ3≤8：张、剪性破坏，破坏角θ=15°。 ②破坏形式与岩体结构的关系： 完整块体状—张性破坏； 碎裂结构、碎块结构—塑性破坏； 裂隙岩体—取决于结构面与各主应力之间的方位关系。
本科毕业设计（论文）开题报告 题目岩体结构面的变形与强度性质指导教师 院（系、部） 专业班级 学号 姓名 日期2011年3月25日 教务处印制
一、研究的目的、意义和现状 研究目的和意义 结构面及其工程性质的复杂性是造成岩体工程性质千差万别的最根本原因，结构面的研究是分析工程岩体性质的基础性工作。工程实践反复证明，自然岩体和工程岩体的失稳源于结构面，岩体的破坏机制在很大程度上受结构面控制，因结构面而造成失事的工程实例国内外已不鲜见。研究结构面的力学性质是评价岩体稳定性的关键问题，因此，本文对此进行研究。 在岩体建造和改造过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而在岩体中发育有断层、节理和各种裂隙等结构面，实验题物理性质十分复杂。由于结构面的存在，特别是软弱夹层的存在，极大地削弱了岩体的力学性质及其稳定性。结构面的变形与强度性质往往对工程岩体的变形和稳定性起着控制性作用。在国内外已建和在建的岩体工程中普遍存在有软弱夹层问题。如黄河小浪底水库工程左坎肩砂岩中由薄层粘土岩泥化形成的泥化夹层；葛洲坝水利工程坝基的泥化夹层，还有长江三峡自然岸坡中的各种软弱夹层等。都不同程度地影响和控制着所在工程岩体的稳定性。对岩体结构面力学性质的研究，是岩体力学和工程地质学中重要的研究课题之一，在工程实践中有以下意义： (1)大量的工程实践表明：在工程荷载(一般小于10MPa)范围内，工程岩体的失稳破坏有相当一部分是沿软弱结构面破坏的。如法国的马尔帕塞坝坝基岩体、意大利瓦依昂水库库岸滑坡、中国拓溪水库塘岩光滑坡等等，都是岩体沿某些软弱结构面滑移失稳而造成的。这时，结构面的强度性质是评价岩体稳定性的关键。 (2)在工程荷载作用下，结构面及其充填物的变形是岩体变形的主要组分，控制着工程岩体的变形特性。 (3)结构面是岩体中渗透水流的主要通道。在工程荷载作用下，结构面的变形又将极大地改变岩体的渗透性、应力分布及其强度。因此，预测工程荷载作用下岩体渗透性的变化，必须研究结构面的变形性质及其本构关系。 (4)工程荷载作用下，岩体中的应力分布也受结构面及其力学性质的影响。 由于岩体中的结构面是在各种不同地质作用中形成和发展的。因此，结构面的变形和强度性质与其成因及发育特征密切相关[1-2]。
岩层的产状和岩石变形 2007/12/13 14:49 岩层是指由两个平行的或近于平行的界面所限制的岩性相同或近似的层状岩石。岩层的上下界面叫层面，分别称为顶面和底面。岩层的顶面和底面的垂直距离称为岩层的厚度。任何岩层的厚度在横向上都有变化，有的厚度比较稳定，在较大范围内变化较小；有的则逐渐变薄，以至消失，称为尖灭；有的中间厚、两边薄并逐渐尖灭，称为透镜体。如果岩性基本均一的岩层，中间夹有其它岩性的岩层，称为夹层，如砂岩含页岩夹层，砂岩夹煤层等等；如果岩层由两种以上不同岩性的岩层交互组成，则称为互层，如砂、页岩互层，页岩、灰岩互层等等。夹层和互层反映构造运动或气候变化所导致的沉积环境的变化。 一、岩层的产状 （一）不同产状的岩层 岩层在地壳中的空间方位称为岩层的产状。由于岩层沉积环境和所受的构造运动不同，可以有不同的产状。一般可以分为水平岩层、倾斜岩层、直立岩层和倒转岩层： 1.水平岩层在广阔的海底、湖盆、盆地中沉积的岩层，其原始产状大都是水平或近于水平的。在水平岩层地区，如果未受侵蚀或侵蚀不深，在地表往往只能见到最上面较新的地层；只有在受切割很深的情况下，才能出露下面较老的岩层。例如华北平原，除非根据钻孔资料，否则不能知道地下都有什么岩层。 2.倾斜岩层指岩层层面与水平面有一定交角（0—90°）的岩层。有些是原始倾斜岩层，例如在沉积盆地的边缘形成的岩层，某些在山坡山口形成的残积、洪积层，某些风成、冰川形成的岩层，堆积在火山口周围的熔岩及火山碎屑层等，常常是原始堆积时就是倾斜的。但是，在大多数情况下，岩层受到构造运动发生变形变位，使之形成倾斜的产状。在一定范围内岩层的产状大体一致，称为单斜岩层。单斜岩层往往是褶皱构造的一部分。 3.直立岩层指岩层层面与水平面直交或近于直交的岩层，即直立起来的岩层。在强烈构造运动挤压下，常可形成直立岩层。 4.倒转岩层指岩层翻转、老岩层在上而新岩层在下的岩层（图7-12），这种岩层主要是在强烈挤压下岩层褶皱倒转过来形成的。 （二）岩层的产状要素 指确定岩层产状的三个数值，即走向、倾向和倾角。 1.走向岩层层面与任一假想水平面的交线称走向线，也就是同一层面上等高两点的连线；走向线两端延伸的方向称岩层的走向，岩层的走向也有两个方向，彼此相差180°。岩层的走向表示岩层在空间的水平延伸方向。
实验五岩石单轴压缩实验 一. 实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600 型液压材料试验机； 5.JN-16 型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三. 试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1.试样规格：采用直径为50 mm高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mnrK 50 mnrK 100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时， 可采用非标准试样，需在实验结果加以说明
2. 加工精度: a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于 0.1mm 检测方法如图5-1所示，将 试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动 试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差： 试样两端的直径偏差不得大于 0.2 mm,用游标卡尺检查。 c 轴向偏差： 试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图 5-2所示，将试样放 在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙。 3. 试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于 3个。 4. 含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内 1?2 d ，以保持 一定的湿度，但试样不得接触水面。 纵向、横向应变片排列采用“T”形，尽可能避开裂隙，节 理等弱面。 3. 粘贴工艺：试样表面清洗处理一涂胶一贴电阻应变片一固化处理一焊接导线一防潮 四.电阻应变片 1.阻值 检查- 克电 阻丝平 阻值一般选用 120欧姆, 测量片和补偿片的电阻差值不超过 0.5 Q o 1—百分表2-百分表架3-试样4 1—直角尺2-试样 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部， 的粘贴 F 直，间距均匀，无黄斑， 3-水平检测台
作者：非成败 作品编号：92032155GZ5702241547853215475102 时间：2020.12.13 当前位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质 第三节岩块的强度性质 岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。 一、单轴抗压强度σ c 1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）。 2、研究意义 （1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。 3、测定方法 抗压强度试验 点荷载试验 4、常见岩石的抗压强度 常见岩石的抗压强度 岩石名称抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 辉长岩180~300辉绿岩200~350页岩10~100花岗岩100~250玄武岩150~300砂岩20~200流纹岩180~300石英岩150~350砾岩10~150闪长岩100~250大理岩100~250板岩60~200 安山岩100~250片麻岩50~200千枚岩、片 岩 10~100
二、单轴抗拉强度σt 1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。 2、研究意义 （1）衡量岩体力学性质的重要指标 （2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 （3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 直接拉伸法 间接法（劈裂法、点荷载法） 4、常见岩石的抗拉强度 常见岩石的抗拉强度 5、抗拉强度与抗压强度的比较 岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。 岩块的几种强度与抗压强度比值
岩体力学习题 1、何谓岩体力学? 谈谈你对岩体力学的认识和看法。 答：岩体力学（rock mass mechanics）是力学的一个分支学科，是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。 岩体力学的应用范围涉及广泛，如水利水电工程、采矿工程、道路交通工程、国防工程、海洋工程、核电站等。岩体力学的发展与人类工程实践分不开，而今，由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要，工程规模越来越大，涉及的岩体力学问题越来越复杂，这对岩体力学提出了更高的要求。 2、何谓岩块、岩体? 试比较岩块与岩体,岩体与土有何异同点? 答：岩块（rock 或rock block）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。 岩体（rockmass）指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体，是岩体类型研究的对象。 岩块与岩体的异同点：岩块和岩体均为岩石物质和岩石材料。然而，岩体与岩块在性质上有本质的区别，其根本原因之一是岩体中存在有各种各样的结构面及不同于自重应力的天然应力场和地下水。相对岩块而言，岩体的各向异性和不连续性更为显著，研究中通常把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质。 岩体与土的异同点：岩石和土一样，是由固体、液体和气体三相组成的。岩石是有较多缺陷的多晶材料，具有相对较多的孔隙。同时，由于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。所以，岩石的空隙性比土复杂得多，即除了孔隙外，还有裂隙存在。另外，岩石中的空隙有些部分往往是互不连通的，而且与大气也不相通。 3、何谓岩体分类? RMR分类和Q分类各自用哪些指标表示? 怎样求得?
1简述石料单轴压缩变形试验的目的,并简述采用电阻应变仪试验的基本步骤. 答:用于测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值,推算出岩石的弹性模量和泊松比.步骤如下.一,先测定基中三个试件的单轴抗压强度,二,选择电阻应变片,贴电阻应变片.焊接导线;按所用的电阻应变仪的使用说明书进行操作,接电源并检查电压,调整灵敏系数,将试件的测量导线接好,放在压力试验机球座上;接温度补偿电阻应变片,贴温度补偿应变片的试件应是试验试件的同组试件.并放在度验试件的附近,粘贴温度补偿应变片的操作程序要求尽量与工作应变片相同.三,将试件反复预压2~3次,加荷压力约为岩石根限强度的15%,四,按规定的加载方式和荷载分级,加荷速度应为0.5~1Mpa/s,逐级测读荷载与应变值,直至试件破坏,读数不应小于十组测值.五,记录加载过程及破坏时出现的现象,对破坏后的试件进行描述.六结果计算并平价. 2简述混凝土试件制的基本规定. 答:一成型前,应检查试模尺寸,尤其是对高强混凝土,应格外重视检查试模的尺寸是否符合试模标准的要求.特别检查150*150*150mm试模的内表面平整度和相邻夹角是否符合要求.试模内表面应涂一层矿物油或脱模剂.二,普通混凝土力学生能试验每组试件所用的拌和物应从同一盘混凝土或同一车混凝土中取样,在试验室拌制混凝土时,其材料用量应以质量计,称量的精度,水泥,掺合料,水和外加剂为±0.5%,集料为±1%.三,取样或试验室拌制的混凝土应在拌制后尽量短的时间内成型,一般不宜超过十五分种,四,根据混凝土拌和物的稠度确定混凝土成型的办法,坍落度不大于七厘米的混凝土宜用振动振实,大于七厘米的宜用捣棒人工捣实.检验现浇混凝土或预制构件的混凝土,试件成型方法宜与实际采用的方法相同. 3简述采用人工插捣制作混凝土试件的基本步骤. 答:一,混凝土拌合物应分两层装入模内,每层的装料厚度大致相等.二,插捣应按螺旋方向从边缘向中收均匀进行,在插捣底层混凝土时,捣棒应达到试模底部,插捣应贯穿上层后插入下层20~30册mm,插捣时捣棒应保持垂直,不得倾斜,然后应用抹刀沿试模内壁插拔数次.三,每层插捣次数按在10 000mm2截面积不小于12次.四插捣后应用橡皮锤轻轻调敲击试模四周,直至捣棒留下的空洞消失为止.五,刮除试模上口多余的混凝土,待混凝土临近初凝时,用抹刀抹平. 4简述采用振动台制作混凝土试件的步骤. 答:一,将混凝土拌和物一次性装入试模,装料时应用抹刀沿试模壁插捣,并使混凝土拌和物高出试模.二,试模应附着或固定在振动台上,振动时试模不得有任何跳动,振动持续到表面出浆为止,不得过振.三刮除试模上口多余的混凝土,等混凝土临近初凝时,用抹刀抹平. 5简述混凝土抗压试验 基本步骤.答:一检查所 采用的压力机是否符合 要求,并选择合适的量程. 二试件从养护地点取出 后立即进行试验,先将试 件表面与上下承压板面 擦干净,然后将试件安放 在试验机的下压板或垫 板上,试件的承压面应与 成型时的顶面垂直.试件 的中心应与试验要下压 板中心对准,开动试验机, 当上压板与试件或钢垫 板接近时,调整球座,使 其接触平衡.三,在试验 过程中应连续均匀地加 荷载,混凝土强度等级小 于C30时,加荷速度取每 秒种0.3~0.5Mpa,当混 凝土强度等级不小于 C30且小于C60时,取 0.5~0.8Mpa,混凝土强度 大于C60时,取0.8~1Mpa, 四,当试件接近破坏开始 急剧变形时,应停止调整 试验机荷载,直至破坏, 然后记录破坏荷载 F.五, 结果计算并评价. 6混凝土静力受压弹性 模量试验加载基本程序: 一开动试验机,当上压板 与试件或钢垫付板接近 时,调整球使接触均衡, 加荷至基准应力为 0.5Mpa时的初始荷载值 F0,保持恒载载60s并在 以后的30s内记录每测 点的变形读数ε0,然后 立即连续均匀地加荷载 至应力为轴心抗压强度 fcp的1/3荷载值Fa,保 持恒载60s并在以后的 30s内记录每一测点找 麻烦形读数εa. 7钢筋拉伸试验的操作 要点是什么?答,一,在试 件上画出标距,估算最大 试验拉力.二调试试验机, 选择合适量程.破坏荷载: 取试验机量程的 20%~80%,精度正负1%. 三,测量屈服强度和抗拉 强度.屈服点荷载:指针 停止转动后恒定负载或 第一次回转的最小负荷.: 抗拉强度.钢筋拉断时由 测力盘或拉伸曲线上读 出的最大负荷.四测量伸 长率. 8简述混凝土抗压强度 试验所需试验设备及具 体要求?一,试模,各种 试模必须满足技术要求 规定,且由试模的使用频 率来决定检查时间,至少 每三个月应检查一次.二 振动台,振动台的主要技 术指标应符合要求,必须 由法定计量部门定期进 行检测,周期为1年,有 计量检定证书.三压力试 验机,压力试验机的测量 精度为＋－1%,试件破坏 荷载必须大于压力机全 量程的20%且小于压力 机全量程80%,为了便于 操作人员控制加荷速度, 试验机应具有加荷速度 显示装臵或加荷速度控 制装臵.压力试验机应定 期进行标定,并具有计量 检定证书,鉴定周期一般 为一年.四钢垫板.钢垫 板的平面尺寸应不小于 试件的承压面积,厚度应 不小于25mm,钢垫板应 机械加工,承压板的平面 度公差为0.04mm,表面 硬度不小于55HRC,硬化 层厚度约为5mm.五,其 它量具及器具,量程大于 600mm,分度值为1mm的 钢板尺.量程大于于 200mm,分度值为0.02mm 的卡尺:直径16mm,长 600mm,端部成半球形的 捣棒 1简述标准贯入试验确 定地基承载力的试验步 骤.一,用钻机先钻到需 要进行标准试验的土层, 清孔后,换用标准贯入器, 并量得深度尺寸.二将贯 入器垂直打入试验土层 中,先打入15cm,不计击 数,继续打入土中30cm, 记录其捶击数,此数即为 标准贯入击数N.三提出 贯入器,将贯入器中土样 取出,进行鉴别描述,记 录,然后换以钻探工具继 续钻进,至下一需要进行 试验的深度,再重复上述 操作.四在不能保证孔壁 稳定的钻孔中进行试验 时,应下套管以保护管壁, 但试验深度必须在套管 口75cm以下,或采用泥 浆护壁.五,由于钻杆的 弹性压缩会引起能量损 耗,钻杆过长时传入贯入 器的动能降低,因而减少 每击的贯入深度,亦即提 高了捶击数,所以需要根 据杆长对捶击数进行修 正.六对于同一土层应进 行多次试验,然后取捶击 数的平均值. 2简述反射波法检测桩 基完整性的基本原理,现 场检测前应做哪些准备 工作. 反射波法源于应力波理 论,基本原理是在桩顶进 行竖向激振,弹性波沿着 桩身向下传播,在桩身存 在明显波阻抗界面(如桩 底,断桩,或严重离析等 部位)或桩身截面积变化 (如缩径,或扩径)部位, 将产生反射波,经接收, 放大滤波和数据处理,可 识别来自桩身不同部位 的反射信息,据此计算桩 身完整性.现声检测一, 检测前首先应搜集有关 技术资料.二,根据现场 实际情况选择合适的激 振设备,传感器及检测仪, 检查测试系统各部分之 间是否连接良好,确认整 个测试系统处于正常工 作状态.三桩顶应凿至新 鲜混凝土面,并用打磨机 将测点和激振点磨平.四 应测量并记录桩顶截面 尺寸.五,混凝土灌注桩 的检测宜在成桩十四天 以后进行.六打入或静压 式预制桩的检测应在相 邻桩打完后进行. 3简述超声波法检测桩 基完整性时,对预埋声测 管的要求. 一当桩径不大于 1.5米 时,应埋设三根声测管, 如大于,应埋设四根.二 声测管宜采用金属管,其 内径应比换能器外径大 15mm,管的连接宜采用螺 纹连接且不漏水.三声测 管应牢固焊接或绑扎在 钢筋笼的内侧,且互相平 行,定位准确,并埋设至 桩底,管口宜高出桩顶面 300mm以上.四,声测管底 应封闭,管口应加盖.五, 声测管的布臵以路线前 进方向的顶点为起始点. 按顺时针旋转方向进行 编号和分组,每两根为一 组. 5简述回弹仪测定混凝土 强度主要步骤,超声-回 弹综合法测定混凝土强 度主要步骤. 一,收集基本技术资料 二,选择符合规定的测 区, 三回弹值测量 四碳化深度值测量 超声回弹法步骤.一测 前准备,收集资料,被结 构构件准备.二检测方 法,回弹值的测量与计 算,超声声速测量与计 算.三,混凝土强度推 4简述超声波法检测桩 基,现场检测主要步骤.一 将装设有扶正器的接收 及发射换能器臵于检测 管内,调试仪器的有关能 数,直至显示出清晰的接 收波形,且使最大波幅达 到显示屏的2/3左右为 宜.二检测宜由检测管底 部开始,将发射与接收换 能器臵于同一高程,测取 声时,波幅或频率,并进 行记录.三,发射与接收 换能器应同步升降,测量 点距小于或等于于250mm, 各测点发射与接收换能 器累计相对高差不应大 于20mm,并应随时校正. 发现读数异常时,应加密 测量点距.四,一根桩有 多根检测管时,按分组进 行测试. 5简述超声波法检测桩 基时,检测前应做哪些准 备工作.一被检桩的混凝 土龄期应大于十四天.二 声测管内应灌满清水,且 保证畅通.三标定超声波 检测仪发射至接收的系 统延迟时间t.四准确量 测声测客的内,外径和两 相邻声测管外壁间的距 离,量测精度为1mm. 7简述桩基静载试验对 测量位移装置有哪些要 求,测量基准点有何要求. 测量仪表必须精确,一般 用1/20mm光学仪表或力 学仪表,如水平仪,挠度 仪,位移计等,支承仪表 的基准架应有足够的刚 度和稳定性.基准点本身 不变动,没有被接触或被 破坏的危险,附近没有振 源,不受直射阳光与风雨 等干扰,不受试桩下沉影 响.基准梁的一端固定, 另一端必须自由支撑.防 止基准梁附近不设照明 及取暖炉.必要进采用隔 热材料包裹,以消除温度 影响.一、简述板式橡胶 支座抗压弹性试验步骤. 1,安放支座,地准中心, 缓缓加载至压力为 1Mpa,且稳压后,核对 承载板四角对称安置 的四只位移传感器,确 认无误后,开始预压. 2,预压,将压应力以 0.03-0.04Mpa/s的速 率加续地增至平均压 应力为10Mpa,持荷2 分种,然后以连续均匀 的速度将压应力卸至 1Mpa,持荷5分种,记录 初始值,绘制应力-应变 图,预压3次.2,正式加 载,每一加载循环自 1Mpa开始,将压应力 以0.03-0.04Mpa/s的 速率均匀加载到达 4Mpa,持荷2分种后,采 集支座变形值,然后以 同样的速率每2Mpa为 一级逐级加载,每级持 荷2分种后,采集支座 变形数据直至平均压 应力δ为止,绘制的应 力-应变图应成线性关 系.然后以连续均匀的 速度卸载至压应力为 1Mpa.10分种后进行 下一加载循环.加载过 程应连续进行3次. 4以承载板四角所测得 变化值的平均值,作为 各级荷载下试样的累 计竖向压缩变形Δe, 按试样橡胶层的总厚 度te,求出在各级试验 荷载作用下，试样的累 计压缩应变εi=Δ ei/te.5，结果计算并评 定 2简述板式橡胶支座极限 抗压强度试验步骤并说 明评定标准. 一，将试样放置在试验 机的承载板上，上下承 载板与支座接触面不 得有油污，对准中心位 置，精度应小于1%试 件短边尺寸。 二，以0.1Mpa/s的速 率连续地加载至试样 极限抗压强度Ru,不 小于70Mpa为止，绘 制应力-时间图，并随 时观察试样受力状态 及变形情况，试样是否 完好无损。 评定标准。支座在不小 于70Mpa压应力下， 橡胶层未被挤坏，中间 层钢板未断裂，四氟板 与橡胶未发生剥离，则 试样抗压强度满足要 求。 6曲型荷载板试验P-S曲 线有何种特点及确定地 基承载力的方法有哪几 种.曲型的P-S曲线有两 个明显的捌点(转折点), 第一个捌点称比例极限, 第二个拐点称极限荷载. 在确定地基承载力时,对 于曲型的P-S曲线,可取 第一个拐点比例极限(沉 降量/承载板)作为地基 承载力或取第二个捌点 (极限荷载/2)作为承载 力.当P-S曲线拐点不明 显时,可采用沉降-时间 曲线(s-t)或logP-logS 曲线判断.8简述锚具静 载锚固性能试验加载步 骤及测量项目有哪些.一, 对于先安装锚具,夹具 或连接器张拉预应力 筋的预应力体系,可直 接用试验机或试验台 座加载.加载之前必须 先将各根预应力钢材 的初应力调匀,初应力 可取钢材抗拉强度标 准值fptk的5%-10%, 正确的加载步骤为.按 预应力钢材抗拉强度 标准值的20%,40%,60%,80% 分四极等速加载,加载 速度为100Mpa/min, 达到80%后,持荷1小 时,再逐步加载至破坏. 试验过程要测量的项 目:一有代表性的若干 根预应力钢材与锚具, 夹具或连接器之间在 预应力筋达到0.8fptk 时的相对位移Δ a.二 锚具,夹具或连接器若 干有代表性的零件之 间在预应力筋达到 0.8fptk时的相对位移 Δb;三试件的实测极 限拉力Fapu,得静载 锚固效率系数. 4简述用水泥砂浆补平混 凝土芯样的方法.一,补 平前先将芯样端面污 物清除干净,然后将端 面用水湿润.二将平整 度为每长100mm,不超 过0.05mm的钢板上 涂上一薄层矿物油或 其他脱模剂,然后倒上 适量水泥砂浆摊成薄 层,稍许用力将芯样压 入水泥砂浆之中,并应 保持芯样与钢板垂直, 待2小时后,再补另一 面,仔细清除侧面多余 水泥砂浆,在室内静放 一昼夜后送入养护室 内养护,待补平材料强 度不低于芯样强度时, 方能进行抗压试验。 1简述简支梁荷载工况及 主要测点布设位置。 一，跨中最大弯矩工 况，L/4最大正弯矩工 况，支点最大剪力工 况，桥墩最大竖向反工 况。布设：跨中挠度， 支点沉降，跨中截面应 变。 3绘制板式橡胶支座抗剪 加载模型,并说明主要步 骤. 一，在试验机的承载板 上，应使支座顺其短边 方向受剪，将试样及中 间钢拉板按双剪组合 配置好，使试样和中间 的钢拉板对对称轴和 试验机承载板中心轴 处在同一垂直面上，精 度应小于1%的试件短 边尺寸。为防止出现打 滑现象，应在上下承载 板中间钢拉板上粘贴 高摩擦板，以确保试验 的准确性。 二，将压应力以 0.03-0.04Mpa/s的速 率连续地增至平均压 应力,绘制应力-时间 图,并在整个抗剪试验 过程中保持不变. 三调整试验机的剪机 试验机构,使水平油缸, 负荷传达室感器的轴 线和中间钢拉板的对 称轴重合. 四预加水平力,以 0.02~0.03Mpa/s的速 率连续施加水平剪力 至剪应力1Mpa,持荷5 分种,然后以连续均匀 的速度卸载至剪应力 0.1Mpa,持荷5分种,记 录始值,绘制应力应变 图,预载3次. 五,正式加载,每一加载 循环自0.1Mpa开始, 每级剪应力增加 0.1Mpa,持荷1分种,采 集支座变形数据,至 1.0为止,绘制的应力- 应变图应成线性关系. 然后以连续均匀的速 度卸载至剪应力为 0.1Mpa.10分钟后进 行下一循环试验,加载 过程应连续进行3次. 六将各级水平荷载下 位移传感器所测得的 试样累计水平剪切变 形Δs,按试样橡胶层 的总厚度te,求出在各 级试验荷载作用下,试 样的累计剪切变形ri= Δs/te。 2绘制三孔连续梁，说明 荷载工况及主要测点布 测位置。一主跨跨中最大正 矩工况，主跨支点负弯 矩工况，主跨桥墩最大 竖向反力工况，主跨支 点最大剪力工况，边跨 最大正弯矩工况。布 设：跨中挠度，支点沉 降，跨中和支点截面应 变。 3绘制一无铰拱，说明 荷载试验工况及主要 测点布测位置。答，跨 中最大正弯矩，拱脚最 大负弯矩，拱脚最大推 力，正负挠度绝对值之 和等工况。测点布置： 跨中，L/4截面挠度， 拱顶，L/4截面和拱脚 截面应变。 4．桥梁静载试验报告应 包括那几项内容。 ①实验概况；②实验目 的； ③实验方案设计；④实验 日期、试验过程；⑤各项 试验达到的精度；⑥试验 成果与分析；⑦试验记录 摘要； ⑧技术结论；⑨经验教 训； ⑩有关图表、照片；